Pt基纳米催化剂的调控制备及电催化性能应用
质子交换膜燃料电池作为可持续能源转换装置引起了越来越多的关注，被认为是化石能源的绝佳替代品。而Pt催化剂作为公认的活性催化剂在其中起着不可替代的作用，决定着燃料电池能否可以高效，快速和稳定地运行。但贵金属Pt储量少、价格昂贵，而且利用率较低、易中毒、稳定性差，极大限制了其发展。当前研究，可以通过形貌调控、组成调控、稳定性载体等策略提高Pt基催化剂性能。因此本文基于这三种策略，调控制备了性能优异的Pt基纳米催化剂，并对其电催化应用进行了研究和讨论，对深入了解甲酸的氧化机理具有重要意义，为进一步提高催化剂的催化性能提供了可行且有前景的策略。主要的研究内容如下: (1)我们基于组成调控策略，采用超声辅助的方法，通过调控加入的前驱物比例制备了不同双金属成分的PtAu/C系列催化剂，探究了双金属成分与甲酸氧化的活性之间的关系。结果显示，随着Au含量的增加，纳米颗粒尺寸逐渐增大，表明在碳上预先沉积Pt有利于纳米粒子的平均尺寸变小。而对甲酸氧化的电催化应用表明，随着Au的增加，甲酸氧化的直接途径的脱氢选择性增强，但是整体活性会先增加后降低，在Pt∶Au=1∶1时，催化性能最好，比活性和质量活性分别是Pt/C的16.8和10.7倍。 (2)我们基于组成调控和稳定性载体策略，采用超声辅助的方法，制备了不同双金属成分的负载在金属有机骨架(MOFs)衍生的杂原子掺杂的含碳材料上的PtAu/CoNC系列催化剂。对其进行表征和甲酸氧化的电催化应用上，结果表明在Pt∶Au=1∶1时，催化活性和稳定性最好，性能均优于PtAu/C(1∶1)和Pt/C，质量活性分别是它们的2.4倍和26倍。其优异的性能主要归因于PtAu双金属之间的协同作用、特定组分以及杂原子掺杂的碳载体。这都有利于优化直接反应途径的活性和选择性，从而提高了FAOR的催化活性。 (3)我们基于形貌调控和组成调控策略，采用一步水热法，通过调控加入的前驱物比例在高压反应釜中制备了PtCuPd三元金属纳米催化剂。结果显示，Cu含量高时倾向于生成三角状的样品。而对甲酸氧化的电催化应用表明，加入Pd后，三元金属催化剂的催化FAO的活性和稳定性较于二元PtCu有明显增强，这归因于Pd、Cu与Pt之间的电子转移，使得Pt的d带中心下降。
贵金属;催化剂;甲酸氧化;金属有机框架;超声辅助;多元金属
郑州大学
硕士
材料物理与化学
王杰芳;夏田雨
2021
中文
O643.36
2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）